Kommunikationsprotokoll für kooperative C-2-X Netzwerke

Das Kommunikationsprotokoll unterstützt in mehreren Bereichen die Erfüllung gegensätzlicher Anforderungen aus den abzudeckenden Szenarien. Der Schutz verletzlicher Verkehrsteilnehmer soll sowohl im dichten Innenstadtbereich mit geringen Relativgeschwindigkeiten und mehreren hundert Kommunikationsteilnehmern als auch auf Ausfallstraßen funktionieren. Dort ist mit hohen Relativgeschwindigkeiten zu rechnen, insbesondere zur Berücksichtigung der Fahrzeug-Fahrzeug-Sicherheit.

Dynamische Netze mit kurzen Anmeldezeiten sind aufzubauen, gleichzeitig darf jedoch keine Abhängigkeit von festen Installationen und einer zentralen Verwaltung entstehen. Für die Kollisionsvorhersage sind die verletzlichen Verkehrsteilnehmer in der aktuellen Situation eindeutig zu identifizieren und zu verfolgen, die Verfolgbarkeit über die aktuelle Situation hinaus ist jedoch zu vermeiden. Schließlich ist auch trotz der geringer erlaubter Latenzen und Anmeldezeiten die Kommunikation gegen Übertragungsfehler und Missbrauch zu schützen. Die Maßnahmen werden im Folgenden kurz beschrieben und für Details auf Fachbeiträge verwiesen.

Anwendungsspezifische Protokollspezifikation

Die Integration aller Knoten in einem Gefahrenbereich wird durch die hohe Dynamik der Verkehrsteilnehmer unterbunden. Daher werden überlagernde Sterntopologien mit je einer Ortungseinheit im Zentrum eines Netzwerks eingesetzt. Eine Informationsweitergabe auf Ebene der Car-2-Car-Kommunikation kann den Informationsfluss unterstützen, ist aber nicht notwendig zur Funktion des Ko-TAG-Systems.

Wegen der unterschiedlichen Anforderungen der Aufgaben Laufzeitmessung, Winkelschätzung / Kommunikation und Anmeldung werden diese auf 3 Kanäle verteilt:

Breitbandiger Kanal mit kurzen Zeitschlitzen (TDMA) für die Laufzeitmessung
Schmalbandiger Kanal mit ausreichend langen Zeitschschlitzen (TDMA) für IEEE802.11p-Kommunikation und Winkelschätzung,
Schmalbandiger Kanal mit CSMA/CA für die Anmeldung

Situationsabhängige Kanalarbitrierung

Durch die Verwendung des TDMA-Verfahrens werden netzwerkinterne Kollisionen vermieden. Kollisionen mit fremden Netzwerken werden erwartet und in den Simulationen berücksichtigt. Die Netzwerkteilnehmer, die aufgrund ihrer Position und der in Datenpaketen übermittelten Aktivität überdurchschnittlich gefährdet sind, werden höher priorisiert, wodurch die Abfrageintervalle reduziert und die Datenlage auch in kollisionsbehafteten Situationen verbessert wird.

Eindeutige Identifizierung bei Gewährleistung der Nicht-Verfolgbarkeit

In vielen Fällen wird zur Erfüllung der Nicht-Verfolgbarkeit von Verkehrsteilnehmern eine zufällige Adresswahl verwendet. Ohne zentrale Verwaltung kann jedoch eine Adresskollision im Empfangsbereich einer Ortungseinheit nicht ausgeschlossen werden. Für Ko-TAG wurde daher ein anderer Ansatz gewählt:

Initial wählt das SafeTAG eine zufällige Adresse und kennzeichnet diese als unsicher.
Kommt das SafeTAG in Kontakt mit einer Ortungseinheit oder einem Infrastruktur-TAG, beantragt es eine eindeutige Adresse und beantragt nach vorgegebenem Schema zyklisch die Zuweisung einer neuen Adresse. Eine langfristige Verfolgung wird damit ausgeschlossen.
Die zuweisende Einheit (Ortungseinheit oder Infrastruktur-TAG) stellt die Einmaligkeit der Adresse sicher, entweder durch Bezug dieser Adresse von einem zentralen Server oder durch die Kombination der Position der zuweisenden Einheit in Geokoordinaten mit dem Vergabezeitpunkt. Das Wechselintervall der Adressen ist ausreichend kurz zu wählen, dass innerhalb des Intervalls keine weitere Einheit mit identischer Adresse in den Empfangsbereich gelangen kann. Dies könnte geschehen, wenn durch Zählerüberlauf eine identische Zeitinformation vergeben würde oder wegen der seit der Vergabe zurückgelegten Strecke sich eine Geoinformation wiederholt.
Stehen mehrere zuweisende Einheiten zur Verfügung, wird die Adresse durch Infrastruktur-TAGs vergeben, weil deren Koordinaten für die Eigenlokalisierung exakt vermessen wurden.